JP4802015B2 - 外添型ピッチコントロール剤 - Google Patents

Description

本発明は外添型ピッチコントロール剤及びこれを用いた紙の製造方法に関し、さらに詳しくは、紙の製造工程において、各設備へのピッチの付着を防止する外添型ピッチコントロール剤及びこれを用いた紙の製造方法に関する。

パルプまたは紙の製造工程において発生するピッチ（ピッチとは、原料である木材に含まれている樹脂や、古紙及び損紙由来で混入する接着剤やラテックスなどの粘着性物質、または紙を製造する際に使用されるサイズ剤などをいう）は、抄紙工程においてワイヤーやフェルトなどを目詰まらせることにより搾水性の低下を引き起こしたり、紙に付着することにより品質や操業性に影響を与えたりするなど、トラブルの原因となる。従来から、パルプまたは紙を製造する際のピッチの凝集、あるいは紙や紙の製造工程における各設備（以下、単に「製造設備」と称することもある。）上へのピッチの付着を防止する目的で、ピッチコントロール剤が使用されている。ピッチコントロール剤は、パルプスラリーに添加する内添型ピッチコントロール剤と、ワイヤーやフェルト、ロールなど製造設備に接触させる外添型ピッチコントロール剤に大別される。内添型ピッチコントロール剤がパルプスラリー全量を処理するのに対して、外添型ピッチコントロール剤は任意の製造設備及び製造設備表面近傍のピッチを選択的に処理することから、高いピッチ付着防止性が得られる上、薬剤使用量が少量で済み、パルプスラリー及び紙製品へ及ぼす悪影響がないなど、多数のメリットが得られる。

外添型ピッチコントロール剤を用いたピッチコントロール方法として、以下の方法が知られている。
（１）ジメチルアミンとエピクロルヒドリンとの重合体及び界面活性剤を外添することを特徴とする方法（例えば、特許文献１参照）。
（２）ジシアンジアミドとポリアルキレンポリアミンとの縮合物及びカチオン界面活性剤を外添することを特徴とする方法（例えば、特許文献２参照）。
（３）アクリルアミドを有する重合体を外添することを特徴とする方法（例えば、特許文献３参照）
しかし、用水のクローズド化、古紙利用率の増加、ワイヤーやフェルトの織り構造の複雑化、シュープレス抄造の普及による脱水処理量の増加など近年の操業状況に起因してピッチに由来するトラブルはむしろ増加傾向にある中で、上記（１）〜（３）の方法では、製造設備へのピッチの付着を防止する効果が充分でない。このように製造設備へのピッチの付着を充分に防止することができる外添型ピッチコントロール剤及び紙の製造方法は開発されていないのが現状である。

特開平２―１８２９９５号公報 特開平８―３３７９８８号公報 特開平１１−８１１７５号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、紙の製造工程において、製造設備へのピッチの付着を防止するための外添型ピッチコントロール剤及びこれを用いた紙の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定のヒドロキシアルキルセルロース及び／又はその誘導体を特定量含有する外添型ピッチコントロール剤により上記目的を達成し得ることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち本発明は、以下の外添型ピッチコントロール剤及び紙の製造方法を提供するものである。
１． （Ａ）重量平均分子量が５，０００〜２，０００，０００であるカチオン性基含有ヒドロキシアルキルセルロース（但し、アルキルはエチル又はプロピル）及び／又はその誘導体を０．０２〜２０質量％含有することを特徴とする外添型ピッチコントロール剤。
２． （Ａ）成分が、下記一般式で表されるカチオン性基を有し、かつ窒素含量０．４〜３．５質量％で、重量平均分子量２０，０００〜２５０，０００のものである上記１に記載の外添型ピッチコントロール剤。

（式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立に炭素数１〜２２の炭化水素基、Ａはエチレン基、プロピレン基、ヒドロキシエチレン基及びヒドロキシプロピレン基から選ばれる基、Ｙ^-は陰イオンを示す。）
３． ２５℃での粘度が２００ｍＰａ・ｓ以下である上記１又は２に記載の外添型ピッチコントロール剤。
４． （Ａ）成分の濃度が０．１〜１００質量ｐｐｍとなるように上記１〜３のいずれかに記載の外添型ピッチコントロール剤を希釈した水溶液を、０．５〜２０Ｌ・ｍ^-1・分^-1の量で紙の製造工程における各設備に外添することを特徴とする紙の製造方法。

本発明の外添型ピッチコントロール剤により、紙の製造工程において、製造設備へのピッチの付着を充分に防止することができる。

本発明の外添型ピッチコントロール剤は、（Ａ）重量平均分子量が５，０００〜２，０００，０００であるカチオン性基含有ヒドロキシアルキルセルロース及び／又はその誘導体を０．０２〜２０質量％含有する。
上記（Ａ）成分のカチオン性基含有ヒドロキシアルキルセルロース又はその誘導体において、ヒドロキシアルキルセルロースとしては、例えばヒドロキシエチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロースなどが挙げられる。（Ａ）成分として好ましくはカチオン性基含有ヒドロキシエチルセルロースである。
上記（Ａ）成分におけるカチオン性基としては、例えば四級アンモニウム塩基及びアミノ基などのカチオン性基などが挙げられ、下記一般式で表されるカチオン性基が好ましい。

式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立に炭素数１〜２２の炭化水素基を示し、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ラウリル基及びベンジル基などが挙げられる。炭素数１〜２２炭化水素基としては、炭素数１〜１５のアルキル基が好ましく、より好ましくはメチル基である。Ａはエチレン基、プロピレン基、ヒドロキシエチレン基及びヒドロキシプロピレン基から選ばれる基を示し、好ましくはヒドロキシプロピレン基である。Ｙ^-は陰イオンを示し、例えば塩素イオン、臭素イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン及びリン酸イオンなどが挙げられ、好ましくは塩素イオンである。
上記（Ａ）成分は、カチオン性基に加え、本発明の効果を損なわない範囲で、アニオン性基、ノニオン性基、疎水性基などを有していてもよい。

（Ａ）成分のカチオン性基含有ヒドロキシアルキルセルロースは、例えば、セルロースを反応出発物質として、アルキレンオキシドとカチオン化剤を順次あるいは同時に添加し、反応させることにより製造することができる。
上記アルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドなどが挙げられる。カチオン化剤としては、３−クロル―２―ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、グリシジルトリメチルアンモニウムクロライド、グリシジルトリエチルアンモニウムクロライド及びグリシジルトリメチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。

上記（Ａ）成分において、窒素含量は好ましくは０．４〜３．５質量％であり、さらに好ましくは１．６〜３．０質量％であり、特に好ましくは２．０〜２．５質量％である。窒素含量が０．４〜３．５質量％であれば、充分なピッチコントロール性が得られ、好ましい。
上記（Ａ）成分の重量平均分子量は５，０００〜２，０００，０００であり、好ましくは１０，０００〜５００，０００であり、さらに好ましくは２０，０００〜２５０，０００である。重量平均分子量が５，０００以上であれば、充分なピッチコントロール性が得られ、重量平均分子量が２，０００，０００以下であれば、充分なピッチコントロール性が得られ、さらに取り扱いが容易となる。

上記（Ａ）成分において、２５℃での２質量％水溶液の粘度は、好ましくは１０〜５００ｍＰａ・ｓであり、さらに好ましくは１５〜１５０ｍＰａ・ｓであり、特に好ましくは２０〜１００ｍＰａ・ｓである。（Ａ）成分の２質量％水溶液の粘度が１０ｍＰａ・ｓ以上であれば、充分なピッチコントロール性が得られ、また、この粘度が５００ｍＰａ・以下であれば、充分なピッチコントロール性が得られ、さらに取り扱いが容易となり、好ましい。この粘度の測定は、Ｂ型粘度計又はＢ型粘度計とのデータの互換性がある粘度計を用いて行えばよい。

上記（Ａ）成分において、コロイド当量値は好ましくは１〜４ｍｅｑ／ｇであり、さらに好ましくは１．８〜３ｍｅｑ／ｇである。コロイド当量値が１〜４ｍｅｑ／ｇであれば、充分なピッチコントロール性が得られ、好ましい。ここで、コロイド当量値とは、高分子電解質のカチオンまたはアニオン度を表す指標である。コロイド当量値が大きいほどカチオン性が高く、ほぼゼロになると非イオン性、さらにマイナスでアニオン性を表す。コロイド当量値はコロイド滴定によって測定される。

本発明の外添型ピッチコントロール剤は、上記（Ａ）成分を０．０２〜２０質量％含有し、この含有量は、好ましくは０．２〜１０質量％、さらに好ましくは０．５〜４質量％である。外添型ピッチコントロール剤における（Ａ）成分の含有量が０．０２質量％以上であれば、充分なピッチコントロール性が得られ、また、（Ａ）成分の含有量が２０質量％以下であれば、組成物が高粘度とならず取り扱いが容易となり、好ましい。本発明の外添型ピッチコントロール剤は、上記（Ａ）成分を水などと混合することにより調製することができる。

本発明の外添型ピッチコントロール剤は、２５℃での粘度が好ましくは５００ｍＰａ・ｓ以下であり、さらに好ましくは２００ｍＰａ・ｓ以下であり、特に好ましくは１００ｍＰａ・ｓ以下である。外添型ピッチコントロール剤の粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下であれば、本発明の外添型ピッチコントロール剤が水に添加され、この水溶液が製造設備に添加されるまでの間に、この外添型ピッチコントロール剤が水に均一に溶解し、充分なピッチコントロール性が得られるため好ましい。粘度の測定においては、Ｂ型粘度計又はＢ型粘度計とのデータの互換性がある粘度計を用いればよい。

本発明の外添型ピッチコントロール剤は、上記（Ａ）成分に加えて、必要に応じて界面活性剤、重合体、キレート剤、ビルダー、有機酸、ｐＨ調整剤、溶剤、消泡剤、殺菌剤、防腐剤、着色料及び香料などを含有してもよい。

本発明の外添型ピッチコントロール剤は、紙の製造に際して、濾水性向上剤、歩留り向上剤、凝結剤、サイズ剤、他のピッチコントロール剤、潤滑剤、剥離性向上剤、洗浄剤、酸及びアルカリなどの添加剤と併用することもできる。

本発明の外添型ピッチコントロール剤の適用の対象となるパルプの種類に制限はなく、クラフトパルプ及びサルファイトパルプなどの晒化学パルプまたは未晒化学パルプ、砕木パルプやサーモメカニカルパルプなどの晒機械パルプまたは未晒機械パルプ、新聞古紙、雑誌古紙、段ボール古紙及び脱墨古紙などの古紙パルプ、マシン損紙、コート損紙などのブロークパルプが挙げられる。特に、ピッチを多量に含有する機械パルプ、古紙パルプ及びブロークパルプが好ましい。

本発明の外添型ピッチコントロール剤は、酸性、中性及びアルカリ性条件下で行われる紙の製造に適用することができ、製造される紙の種類に制限はない。この紙としては、例えば新聞用紙、上質紙やコート紙などの印刷用紙、ＰＰＣ用紙や感熱紙原紙などの情報用紙、純白ロール紙や晒クラフト紙などの包装用紙、ティッシュペーパーやトイレットペーパーなどの衛生用紙、食品容器原紙や塗工印刷用原紙などの雑種紙、ライナーや中しん原紙などの段ボール原紙、白板紙や色板紙などの紙器用板紙、石こうボードや紙管原紙などの雑板紙などが挙げられる。

本発明の紙の製造方法によれば、本発明の外添型ピッチコントロール剤を製造装置に接触させる場合の濃度は、（Ａ）成分として、０．１〜１００質量ｐｐｍ、好ましくは１〜５０質量ｐｐｍである。濃度が０．１質量ｐｐｍ以上であれば、ピッチコントロール性が充分であり、濃度が１００質量ｐｐｍ以下であれば、得られる紙の品質や操業性が泡立ちにより低下することがない。シャワーなどによる水の散布量は、通常０．５〜２０Ｌ・ｍ^-1・分^-1程度であるので、本発明の外添型ピッチコントロール剤を水と混合し、（Ａ）成分の０．１〜１００質量ｐｐｍを含む水溶液を０．５〜２０Ｌ・ｍ^-1・分^-1の量で製造設備に添加すればよい。また、本発明の外添型ピッチコントロール剤としての添加量は、０．５〜２０ｍＬ・ｍ^-1・分^-1が好ましい。

本発明の外添型ピッチコントロール剤を接触させる製造設備としては、例えば、ワイヤー、フェルト、センターロール、テーブルロール、ブレストロール、ダンディロール、ワイヤーリターンロール、クーチロール、プレスロール、サクションロール、ペーパーロール、バッキングロール、スライスリップ、フォーミングボード、フォイル、ドクター、サクションボックス、ユールボックス、カンバスなどが挙げられる。この中で、ポリエステル樹脂やナイロン樹脂などの疎水性樹脂を主成分とするワイヤーやフェルトに特に有効である。

紙の製造工程において、本発明の外添型ピッチコントロール剤を製造設備に接触させるには、例えば製造設備の稼動前または製造設備の稼動中に、連続的にまたは間欠的に接触させればよく、製造設備の稼動中に連続的に接触させるのが好ましい。また、上述したように、シャワー水として散布、噴霧、浸漬、接触する方法が好ましいが、目的とする製造設備以外の製造設備にピッチコントロール剤を接触させることによって、対象となる製造設備に間接的に接触させてもよい。

本発明の外添型ピッチコントロール剤を添加する水としては例えば、井戸水など地下水、河川水または湖沼水などの表面水、工業用水などの新水、白水のいずれかまたはこれらを混合して使用すればよいが、白水中の不純物と本発明の外添型ピッチコントロール剤との相互作用により充分なピッチコントロール性が得られない場合がある点から、新水を使用するのが好ましい。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１〜７及び比較例１〜５
表１に示す重合体ａ−１〜ａ−１１を、表２及び表３に示す割合でイオン交換水と混合して希釈し、ピッチコントロール剤を調製した。
重合体ａ−１〜ａ−１１について、下記の方法により、コロイド当量値及び２５℃での２質量％水溶液の粘度を測定した。結果を表１に示す。また、得られたピッチコントロール剤について、下記の方法により２５℃での粘度を測定し、また、下記の方法によりピッチ付着防止性を評価した。結果を表２及び表３に示す。

（１）コロイド当量値
ミューテック社製ＰＣＤ０３と、０．００１ｍｏｌ／Ｌポリエチレンスルホン酸ナトリウム試薬または０．００１ｍｏｌ／Ｌポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド試薬を用いて、重合体固形分あたりのコロイド当量値（ｍｅｑ／ｇ）を測定した。
（２）粘度
東機産業株式会社製ＴＶＢ−２０Ｌ型粘度計を用いて、２５℃、ローターＮｏ．Ｍ２、回転速度６０ｒｐｍ、測定時間１００秒の条件で測定した。なお、粘度が５００ｍＰａ・ｓを超える場合は、最適なローター及び回転速度を別途選択して測定した。

（３）ピッチ付着防止性
（ａ）擬似ピッチの調製
ロジンサイズ剤、バンド、消泡剤、並びに紙力剤を使用して抄造するライナーマシーンのサクションボックスに付着した異物について、クロロホルムで抽出を行った。得られたクロロホルム抽出物溶液を濾過した後、エバポレーターで濃縮し、クロロホルム抽出物３ｇを得た。このクロロホルム抽出物からはスチレン、ブタジエン、天然ゴム、アクリルゴム、ロジン化合物などが検出された。クロロホルム抽出物にクロロホルム５０ｇを加えてこれらの化合物を溶解し、これにエタノール５０ｇを加え、激しく振とうしたものを擬似ピッチ溶液として使用した。

（ｂ）ピッチ付着防止性試験
充分に洗浄したナイロン６，６製ワイヤーを７×２１ｃｍに切り取り、円筒状にしたものをテストピースとし、１０５℃にて１時間乾燥させた後、デシケーター中で放冷し、秤量した（質量(1)）。５００ｍＬのビーカー中に濾過水４６０ｇを入れ、恒温水槽中で４０℃に昇温し、テストピースを入れた。回転速度５００ｒｐｍで攪拌を開始し、直ちにピッチコントロール剤５０ｍｇ及び擬似ピッチ溶液２ｇを添加し、３０分間攪拌を行った。攪拌終了後、テストピースを取り出し、水を切った後、１０５℃にて１時間乾燥させた。デシケーター内で放冷し、秤量した（重量(2)）。重量(2)−重量(1)がピッチ付着量となる。ピッチ付着防止率を下式に従い算出した。
ピッチ付着防止率（質量％）
＝[（薬剤を添加しない場合のピッチ付着量−薬剤を添加した場合のピッチ付着量）／薬剤を添加しない場合のピッチ付着量]×１００

上記のピッチ付着防止率の値に基づき、ピッチ付着防止性を以下の基準で評価した。
◎：ピッチ付着防止率が８０質量％以上である。
○：ピッチ付着防止率が６０質量％以上８０％質量未満である。
△：ピッチ付着防止率が４０質量％以上６０質量％未満である。
×：ピッチ付着防止率が４０質量％未満である。

実施例の外添型ピッチコントロール剤は、ピッチ付着防止性が良好であった。これに対して比較例１は重合体の重量平均分子量が５０００未満であるため、ピッチ付着防止性が不良である。比較例２の外添型ピッチコントロール剤は重合体の重量平均分子量が２，０００，０００を超えるため、ピッチ付着防止性が不良である。比較例３の外添型ピッチコントロール剤は重合体がカチオン性基を有していないため、ピッチ付着防止性が不良である。比較例４の外添型ピッチコントロール剤は（Ａ）成分を含有していないため、ピッチ付着防止性が不良である。比較例５の外添型ピッチコントロール剤は（Ａ）成分の含有量が２０質量％を超えるため、ピッチ付着防止性が不良である。

本発明の外添型ピッチコントロール剤を紙の製造に用いると、製造設備へのピッチの付着を充分に防止することができる。

Claims (4)

1. （Ａ）重量平均分子量が５，０００〜２，０００，０００であるカチオン性基含有ヒドロキシアルキルセルロース（但し、アルキルはエチル又はプロピル）及び／又はその誘導体を０．０２〜２０質量％含有することを特徴とする外添型ピッチコントロール剤。
2. （Ａ）成分が、下記一般式で表されるカチオン性基を有し、かつ窒素含量０．４〜３．５質量％で、重量平均分子量２０，０００〜２５０，０００のものである請求項１に記載の外添型ピッチコントロール剤。
   

   

   （式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立に炭素数１〜２２の炭化水素基、Ａはエチレン基、プロピレン基、ヒドロキシエチレン基及びヒドロキシプロピレン基から選ばれる基、Ｙ^-は陰イオンを示す。）
3. ２５℃での粘度が２００ｍＰａ・ｓ以下である請求項１又は２に記載の外添型ピッチコントロール剤。
4. （Ａ）成分の濃度が０．１〜１００質量ｐｐｍとなるように請求項１〜３のいずれかに記載の外添型ピッチコントロール剤を希釈した水溶液を、０．５〜２０Ｌ・ｍ^-1・分^-1の量で紙の製造工程における各設備に外添することを特徴とする紙の製造方法。